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AUTOSAR CAN收发器驱动(CanTrcv)详解

基于AUTOSAR标准规范详解CAN收发器驱动架构与实现

目录

• 1. 概述
  • 1.1 功能简介
  • 1.2 相关模块依赖
• 2. 模块架构
  • 2.1 架构总览
  • 2.2 模块层次结构
  • 2.3 组件交互关系
• 3. 状态机模型
  • 3.1 操作模式概述
  • 3.2 状态转换流程
  • 3.3 事件与触发条件
• 4. 唤醒机制
  • 4.1 唤醒模式
  • 4.2 唤醒序列
  • 4.3 唤醒原因分类
• 5. 配置结构
  • 5.1 配置参数概览
  • 5.2 关键配置参数说明
  • 5.3 配置示例
• 6. API接口
  • 6.1 接口概述
  • 6.2 API调用序列
  • 6.3 错误处理
• 7. 总结

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1. 概述

1.1 功能简介

CAN收发器驱动(CanTrcv)是AUTOSAR标准中的一个基础软件模块，负责控制CAN总线收发器硬件。该驱动位于ECU抽象层，为上层CAN接口(CanIf)提供了硬件独立的接口，使上层软件可以控制CAN收发器的操作模式。CanTrcv主要功能包括：

• 控制CAN收发器的操作模式（正常/待机/休眠）
• 处理总线唤醒事件
• 提供收发器状态信息
• 管理功耗模式转换
• 支持部分网络唤醒

CAN收发器驱动遵循AUTOSAR软件分层架构，它处于ECU抽象层，在CAN接口模块之下，并使用微控制器抽象层的驱动来访问硬件。

1.2 相关模块依赖

CAN收发器驱动与多个AUTOSAR模块有交互关系：

• 向上层提供服务：为CanIf提供收发器控制接口
• 使用下层服务：使用DIO和SPI模块访问硬件
• 交互模块：
  • ComM：通过CanIf控制收发器通信模式
  • EcuM：接收唤醒事件通知
  • DET：开发错误报告
  • DEM：生产错误报告

每个CAN收发器硬件对应一个CAN收发器驱动实例，有各自独立的控制。

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2. 模块架构

2.1 架构总览

CAN收发器驱动在AUTOSAR分层架构中的位置以及与其他模块的关系如下图所示：

2.2 模块层次结构

从架构图可以清晰看出CanTrcv模块在AUTOSAR分层架构中的位置及其与其他模块的关系：

1. 通信服务层：

   • CAN接口(CanIf)：作为上层抽象接口，负责协调CAN控制器和CAN收发器
   • 通信管理器(ComM)：负责管理网络通信，通过CanIf控制收发器模式

2. ECU抽象层：

   • CAN收发器驱动(CanTrcv)：本模块，提供对CAN收发器硬件的抽象访问

3. 微控制器抽象层：

   • 数字输入输出(DIO)：用于访问通过GPIO连接的CAN收发器
   • SPI处理驱动(SPI)：用于访问通过SPI总线连接的CAN收发器

4. 系统服务：

   • ECU管理器(EcuM)：接收唤醒通知
   • 开发错误追踪器(DET)：接收开发错误信息
   • 生产错误管理器(DEM)：接收生产错误信息

2.3 组件交互关系

CanTrcv模块与其他模块之间的交互关系：

1. CanTrcv与CanIf：

   • CanIf通过CanTrcv_API调用CanTrcv的函数来控制收发器
   • CanTrcv通过回调函数向CanIf通知状态变化和唤醒事件

2. CanTrcv与硬件层：

   • 对于GPIO连接的收发器，CanTrcv通过DIO驱动访问硬件
   • 对于SPI连接的收发器，CanTrcv通过SPI驱动访问硬件

3. CanTrcv与系统服务：

   • CanTrcv向DET报告开发错误
   • CanTrcv向DEM报告生产错误
   • CanTrcv产生的唤醒事件通过CanIf传递给EcuM

这种分层架构和清晰的接口定义，使得CAN收发器驱动可以独立于具体硬件实现，支持不同类型的CAN收发器，便于系统集成和维护。

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3. 状态机模型

3.1 操作模式概述

CAN收发器驱动定义了一个状态机模型，用于管理收发器的不同操作模式。这个模型包含以下几种状态：

1. 未初始化(UNINIT)：驱动初始化前的状态
2. 正常模式(NORMAL)：收发器完全激活，可以发送和接收CAN帧
3. 待机模式(STANDBY)：低功耗模式，但可以监控总线活动用于唤醒
4. 休眠模式(SLEEP)：最低功耗模式，通常需要特定唤醒事件才能退出

3.2 状态转换流程

CAN收发器的状态转换如下图所示：

3.3 事件与触发条件

从状态图中可以看出以下关键转换点和事件：

1. 初始化转换：

   • 系统启动时，通过调用CanTrcv_Init()将收发器从UNINIT状态转换到STANDBY状态
   • 初始化配置可以指定初始状态（通常为STANDBY）

2. 运行时转换：

   • STANDBY → NORMAL：通过CanTrcv_SetOpMode(CANTRCV_TRCVMODE_NORMAL)激活收发器
   • NORMAL → STANDBY：通过CanTrcv_SetOpMode(CANTRCV_TRCVMODE_STANDBY)进入低功耗模式
   • STANDBY → SLEEP：通过CanTrcv_SetOpMode(CANTRCV_TRCVMODE_SLEEP)进入深度休眠
   • SLEEP → STANDBY：通过CanTrcv_SetOpMode(CANTRCV_TRCVMODE_STANDBY)从睡眠中唤醒

3. 状态特性：

   • STANDBY状态：支持唤醒检测，所有CAN收发器硬件类型都必须支持
   • NORMAL状态：CAN总线通信活动状态，BUS引脚有效
   • SLEEP状态：最低功耗模式，仍然可以通过总线活动唤醒

这种状态机模型的设计保证了CAN收发器在不同操作场景下的有效管理，特别是在需要节能的ECU休眠/唤醒场景中。

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4. 唤醒机制

4.1 唤醒模式

CAN收发器驱动支持两种唤醒模式：

1. 不支持唤醒(CANTRCV_WAKEUP_NOT_SUPPORTED)：

   • 在此模式下，CAN收发器不会产生任何唤醒事件
   • 即使有CAN总线活动也不会触发唤醒

2. 轮询唤醒(CANTRCV_WAKEUP_POLLING)：

   • 通过周期性调用CanTrcv_MainFunction()检查唤醒事件
   • 需要软件定期轮询收发器状态
   • 可能导致CAN通道唤醒，但不会触发MCU唤醒

选择哪种唤醒模式通过配置参数CanTrcvWakeupSupport来确定。同时，可以通过CanTrcvWakeupByBusUsed参数为每个CAN收发器单独开启或关闭唤醒支持。

4.2 唤醒序列

CAN收发器驱动的唤醒处理序列如下图所示：

4.3 唤醒原因分类

唤醒序列图展示了CAN收发器的完整唤醒流程：

1. 唤醒检测阶段：

   • CAN总线活动触发CAN收发器硬件产生唤醒事件
   • CanTrcv_MainFunction()周期性调用检查收发器唤醒状态
   • 检测到唤醒事件后，通过CanIf_TrcvWakeupNotification通知CanIf
   • CanIf调用EcuM_SetWakeupEvent通知ECU管理器

2. 唤醒验证阶段：

   • ECU管理器调用CanIf_CheckWakeup请求验证唤醒源
   • CanIf调用CanTrcv_CheckWakeup验证收发器唤醒事件
   • CanTrcv读取收发器状态并验证唤醒原因
   • 如果唤醒有效，通过CanIf_TrcvWakeupNotification再次通知CanIf
   • CanIf调用EcuM_ValidateWakeupEvent确认唤醒事件

CanTrcv模块定义了多种唤醒原因类型(CanTrcv_TrcvWakeupReasonType)：

• CANTRCV_WU_BY_BUS：由CAN总线通信触发唤醒
• CANTRCV_WU_BY_PIN：由唤醒引脚触发唤醒
• CANTRCV_WU_INTERNALLY：内部唤醒
• CANTRCV_WU_POWER_ON：上电唤醒
• CANTRCV_WU_RESET：复位唤醒
• CANTRCV_WU_BY_SYSERR：系统错误唤醒
• CANTRCV_WU_ERROR：唤醒错误
• CANTRCV_WU_NOT_SUPPORTED：不支持唤醒

应用程序可以通过CanTrcv_GetBusWuReason函数获取具体的唤醒原因，以便采取相应的处理措施。

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5. 配置结构

5.1 配置参数概览

CAN收发器驱动的配置结构如下图所示：

5.2 关键配置参数说明

配置类图展示了CAN收发器驱动的完整配置结构：

1. CanTrcvConfigSet：顶层配置容器

   • 包含一个通用配置(CanTrcvGeneral)
   • 包含一个或多个通道配置(CanTrcvChannel)

2. CanTrcvGeneralType：通用配置参数

   • CanTrcvDevErrorDetect：是否开启开发错误检测功能，类型为boolean
   • CanTrcvIndex：驱动索引，类型为uint8
   • CanTrcvMainFunctionDiagnosticsPeriod：诊断主函数调用周期，单位为秒，类型为float
   • CanTrcvMainFunctionPeriod：主函数调用周期，单位为秒，类型为float
   • CanTrcvVersionInfoApi：是否启用版本信息API，类型为boolean

3. CanTrcvChannelType：通道配置参数

   • CanTrcvChannelId：通道标识符，类型为uint8
   • CanTrcvWakeupByBusUsed：是否启用总线唤醒功能，类型为boolean
   • CanTrcvWakeupSource：唤醒源标识符，类型为EcuMWakeupSourceType
   • CanTrcvWakeupSupport：唤醒支持模式，类型为CanTrcvWakeupModeType
   • CanTrcvSleepWaitCount：切换到休眠模式的等待计数，类型为uint32
   • CanTrcvIcuChannelRef：ICU通道引用，类型为reference
   • CanTrcvPnSupport：是否支持部分网络，类型为boolean
   • CanTrcvHwPnSupport：硬件是否支持部分网络，类型为boolean
   • CanTrcvChannelUsed：通道是否使用，类型为boolean
   • CanTrcvInitState：初始化状态，类型为CanTrcv_TrcvModeType

4. 枚举类型：

   • CanTrcvWakeupModeType：唤醒模式
     • CANTRCV_WAKEUP_NOT_SUPPORTED：不支持唤醒
     • CANTRCV_WAKEUP_POLLING：轮询唤醒
   • CanTrcv_TrcvModeType：收发器模式
     • CANTRCV_TRCVMODE_NORMAL：正常模式
     • CANTRCV_TRCVMODE_STANDBY：待机模式
     • CANTRCV_TRCVMODE_SLEEP：休眠模式
   • CanTrcv_TrcvWakeupReasonType：唤醒原因
     • 多种不同的唤醒原因类型，如总线唤醒、引脚唤醒等

5.3 配置示例

以下是CAN收发器驱动配置的C语言结构示例：

/* CanTrcv配置结构定义 */
typedef struct {boolean CanTrcvDevErrorDetect;uint8   CanTrcvIndex;float   CanTrcvMainFunctionDiagnosticsPeriod;float   CanTrcvMainFunctionPeriod;boolean CanTrcvVersionInfoApi;
} CanTrcvGeneralType;typedef struct {uint8   CanTrcvChannelId;boolean CanTrcvWakeupByBusUsed;uint32  CanTrcvWakeupSource;  /* EcuM唤醒源ID */uint8   CanTrcvWakeupSupport; /* 枚举CanTrcvWakeupModeType */uint32  CanTrcvSleepWaitCount;void*   CanTrcvIcuChannelRef; /* ICU通道引用 */boolean CanTrcvPnSupport;boolean CanTrcvHwPnSupport;boolean CanTrcvChannelUsed;uint8   CanTrcvInitState;     /* 枚举CanTrcv_TrcvModeType */
} CanTrcvChannelType;typedef struct {CanTrcvGeneralType  CanTrcvGeneral;CanTrcvChannelType  CanTrcvChannel[CANTRCV_CHANNEL_COUNT];
} CanTrcvConfigType;/* 配置实例示例 */
const CanTrcvConfigType CanTrcvConfig = {/* 通用配置 */{TRUE,                     /* CanTrcvDevErrorDetect */0U,                       /* CanTrcvIndex */0.01F,                    /* CanTrcvMainFunctionDiagnosticsPeriod */0.01F,                    /* CanTrcvMainFunctionPeriod */TRUE                      /* CanTrcvVersionInfoApi */},/* 通道配置 */{{0U,                   /* CanTrcvChannelId */TRUE,                 /* CanTrcvWakeupByBusUsed */0x00000001U,          /* CanTrcvWakeupSource */1U,                   /* CANTRCV_WAKEUP_POLLING */100U,                 /* CanTrcvSleepWaitCount */NULL,                 /* CanTrcvIcuChannelRef */FALSE,                /* CanTrcvPnSupport */FALSE,                /* CanTrcvHwPnSupport */TRUE,                 /* CanTrcvChannelUsed */2U                    /* CANTRCV_TRCVMODE_STANDBY */}/* 可添加更多通道 */}
};

通过这些配置参数，可以灵活设置CAN收发器的各种特性和行为，适应不同的应用场景需求。

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6. API接口

6.1 接口概述

CAN收发器驱动提供以下主要API接口：

1. 初始化函数：

   • CanTrcv_Init(ConfigPtr)：初始化CAN收发器驱动

2. 模式控制函数：

   • CanTrcv_SetOpMode(Transceiver, OpMode)：设置收发器操作模式
   • CanTrcv_GetOpMode(Transceiver, OpMode)：获取收发器当前操作模式

3. 唤醒相关函数：

   • CanTrcv_GetBusWuReason(Transceiver, Reason)：获取唤醒原因
   • CanTrcv_CheckWakeup(Transceiver)：检查并验证唤醒事件
   • CanTrcv_MainFunction()：周期性检查收发器状态

4. 版本信息函数：

   • CanTrcv_GetVersionInfo(VersionInfo)：获取模块版本信息

6.2 API调用序列

CAN收发器驱动的典型API调用序列如下图所示：

6.3 错误处理

API调用序列图展示了CAN收发器驱动API的典型调用流程：

1. 初始化流程：

   • 上层模块调用CanTrcv_Init进行初始化
   • CanTrcv配置和初始化硬件
   • 初始化后收发器处于配置指定的状态(通常是STANDBY)

2. 模式切换操作：

   • 上层调用CanTrcv_SetOpMode请求切换模式
   • CanTrcv进行参数检查
   • 如有错误则报告给DET
   • 设置硬件到请求的模式
   • 通过CanIf_TrcvModeIndication回调通知上层模式已更改

3. 状态查询操作：

   • 上层调用CanTrcv_GetOpMode获取当前模式
   • CanTrcv读取硬件状态并返回

4. 唤醒原因查询：

   • 上层调用CanTrcv_GetBusWuReason获取唤醒原因
   • CanTrcv从硬件获取唤醒信息并返回

5. 周期性处理：

   • 定时调用CanTrcv_MainFunction
   • 检查硬件状态变化
   • 如有模式变化或唤醒事件则通知上层

CAN收发器驱动支持两类错误处理：

1. 开发错误(Development Errors)：

   • CANTRCV_E_INVALID_TRANSCEIVER：无效的收发器号
   • CANTRCV_E_UNINIT：驱动未初始化
   • CANTRCV_E_PARAM_POINTER：空指针参数
   • CANTRCV_E_TRCV_NOT_STANDBY：收发器不在待机模式
   • CANTRCV_E_TRCV_NOT_NORMAL：收发器不在正常模式
   • CANTRCV_E_PARAM_TRCV_WAKEUP_MODE：无效的唤醒模式
   • CANTRCV_E_PARAM_TRCV_OPMODE：无效的操作模式
   • CANTRCV_E_BAUDRATE_NOT_SUPPORTED：不支持的波特率
   • CANTRCV_E_INIT_FAILED：初始化失败

2. 运行时错误(Runtime Errors)：

   • CANTRCV_E_NO_TRCV_CONTROL：与收发器通信错误

开发错误通过DET报告，运行时错误通过DEM报告，确保系统可以对各种异常情况作出适当响应。

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7. 总结

AUTOSAR CAN收发器驱动(CanTrcv)是汽车电子控制单元中重要的基础软件组件，具有以下特点：

1. 标准化接口：

   • 提供符合AUTOSAR规范的标准API
   • 使上层软件可以以统一方式控制不同类型的CAN收发器硬件

2. 灵活的配置：

   • 支持多种操作模式：正常、待机和休眠
   • 提供全面的配置选项以适应不同应用需求

3. 高效能源管理：

   • 通过精细的状态控制实现功耗优化
   • 支持多种唤醒机制，确保系统可以及时响应唤醒事件

4. 鲁棒性设计：

   • 全面的错误检测与处理
   • 状态验证与安全转换逻辑

5. 可扩展性：

   • 支持多个收发器实例
   • 适配不同的硬件接口(GPIO/SPI)

对于汽车电子系统开发人员而言，深入理解CAN收发器驱动的工作原理、配置选项和API使用方法，对于实现高效、可靠的CAN通信系统至关重要。特别是在低功耗场景和网络管理策略中，合理配置和使用CAN收发器驱动可以显著提升系统性能和用户体验。

AUTOSAR规范的标准API

• 使上层软件可以以统一方式控制不同类型的CAN收发器硬件

2. 灵活的配置：

   • 支持多种操作模式：正常、待机和休眠
   • 提供全面的配置选项以适应不同应用需求

3. 高效能源管理：

   • 通过精细的状态控制实现功耗优化
   • 支持多种唤醒机制，确保系统可以及时响应唤醒事件

4. 鲁棒性设计：

   • 全面的错误检测与处理
   • 状态验证与安全转换逻辑

5. 可扩展性：

   • 支持多个收发器实例
   • 适配不同的硬件接口(GPIO/SPI)

对于汽车电子系统开发人员而言，深入理解CAN收发器驱动的工作原理、配置选项和API使用方法，对于实现高效、可靠的CAN通信系统至关重要。特别是在低功耗场景和网络管理策略中，合理配置和使用CAN收发器驱动可以显著提升系统性能和用户体验。

通过本文对AUTOSAR CAN收发器驱动的全面解析，开发人员可以更好地理解和应用这一关键基础软件组件，为汽车电子系统开发提供坚实基础。